(57)【要約】【課題】安価でかつ小型化が可能なモータを実現する。【解決手段】ロータ４を内蔵する筒状ヨーク３の内周面に一対の互いに同極同士を対向させたマグネット１２を配設し、それらマグネットの間のマグネットとは相反する磁極となる他極となる部分にはマグネットを配設せずに空けて、その他極となる部分をヨークにより他極構成部分３ａとして構成する。マグネットの数を減らすことができるため、磁気特性が悪化しないように例えば希土類磁石を用いることにより単価が高くなっても全体としてコストを低廉化し得る。特に、ヨークのマグネットを配設しない部分（他極となる部分）の外形をマグネットを配設した部分よりも薄型化できるため、モータを小型化し得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを巻線されたロータと、前記ロータを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータであって、
前記マグネットが、互いに同極同士を対向させて配設された一対のマグネットからなり、
前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ヨークの外形が、前記一対のマグネットを配設された部分よりも前記一対のマグネット間となる部分が前記ヨークの軸線に近くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分の内周面には磁性体が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記一対のマグネットと前記ロータとの空隙と、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分と前記ロータとの空隙とが略同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記一対のマグネットと前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分との前記ロータの回転方向に対応する各周方向長が略同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記一対のマグネットが希土類磁石であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記一対のマグネットがＬａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
前記一対のマグネットの固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモータ。
【請求項９】
前記一対のマグネットは、固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上となり得るマグネット材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモータ。
【請求項１０】
前記モータが４極モータであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のモータ。
【請求項１１】
前記ロータの回転力を外部負荷に伝える出力軸が前記ロータの軸に交差する向きに設けられ、
前記出力軸が、前記出力軸の延在方向を前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分に合わせるように配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを巻線されたロータと、ロータを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばインナロータ形式のモータにあっては、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを各磁極が交互になるように周方向に並べているものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来構造のモータにあっては、ロータ（アーマチュア）を外囲する全周に同一円弧状断面形状のマグネットを配設するようにしており、そのために上記したように円筒状のヨークを用いている。したがって、そのような構造のモータの外形は円筒状のヨークの外形に左右される。
【０００４】
一方、自動車搭載機器であるパワーウィンドウモータやワイパモータやスライドドアモータ等は、車体へのレイアウト性から小型化が要求される。また、例えばパワーウィンドウモータにあっては、ロータ軸をドア（ボディ）の面に沿わせるようにモータを配設し、ウィンドウの開閉用リンク機構に連結する出力軸をロータ軸に直交させる向きに設けるなどして、ドアの厚み方向に対するコンパクト化を実現するようにしている。なお、ロータ軸と出力軸との間にはギアボックスを設け、そのギアボックスはモータと一体化されている。
【０００５】
上記構造によりロータの軸線方向に対するモータの全長（軸線方向長さ）を短くすることはできるが、モータの径に影響するヨークの形状が円筒状のため、上記パワーウィンドウの例にあってはドアの厚み方向である出力軸の延在方向にはコンパクト化されない。自動車搭載機器においてより一層のコンパクト化は重要なことであり、出力軸の延在方向に対してもモータの小型化が要求されてきた。
【０００６】
例えばマグネットを希土類磁石とすることにより、フェライト磁石などよりも高い磁気特性を有するため同じ磁力を得るようにした場合には薄型化が期待できる。しかしながら、マグネットの薄型化による径方向の小型化の効果はそれ程大きくなく、むしろ希土類化によるコスト高が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決して、安価でかつ小型化が可能なモータを実現するために本発明に於いては、コイルを巻線されたロータと、前記ロータを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータであって、前記マグネットが、互いに同極同士を対向させて配設された一対のマグネットからなり、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されているものとした。
【０００８】
特に、前記ヨークの外形が、前記一対のマグネットを配設された部分よりも前記一対のマグネット間となる部分が前記ヨークの軸線に近くなるように形成されていると良い。また、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分の内周面には磁性体が配設されていると良い。
【０００９】
また、前記一対のマグネットと前記ロータとの空隙と、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分と前記ロータとの空隙とが略同一であると良い。また、前記一対のマグネットと前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分との前記ロータの回転方向に対応する各周方向長が略同一であると良い。また、前記一対のマグネットが希土類磁石、あるいは前記一対のマグネットがＬａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットであると良い。また、前記一対のマグネットの固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上であり、または前記一対のマグネットは、固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上となり得るマグネット材料からなると良い。また、前記モータが４極モータであると良い。
【００１０】
さらに、前記ロータの回転力を外部負荷に伝える出力軸が前記ロータの軸に交差する向きに設けられ、前記出力軸が、前記出力軸の延在方向を前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分に合わせるように配設されていると良い。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、ロータを内蔵する筒状ヨークの内周面に一対の互いに同極同士を対向させたマグネットを配設し、それらマグネットの間となる部分にはマグネットを配設せずに空けて、その部分をマグネットの内周面と略同一面を形成してマグネットによる磁極とは相反する磁極となるように構成することにより、マグネットの数を減らすことができる。磁気特性が悪化しないように例えばＬａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットや希土類磁石を用いることにより、単価が高くなっても全体としてコストを低廉化し得る。特に、マグネットの固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上であると良い。
【００１２】
特に、ヨークのマグネットを配設しない部分（マグネットによる磁極とは相反する磁極となる部分）の外形をマグネットを配設した部分よりも薄型化（小径化）できるため、モータを薄型化し得る上に、その部分ではヨークとロータとが近接配置されることから、ロータで発生する熱をヨークから放熱させやすい構造とすることができる。また、ヨークの磁極を構成する部分となる一対のマグネット間となる部分の内周面には磁性体が配設されていることにより、ヨークの磁極となる部分に磁束を集中させることができる。また、ロータに対するマグネットとの空隙とヨークのマグネットを設けない部分との空隙とを略同一とすることにより、ロータと各ヨーク側との対向部位のエアギャップを均一化させることができるため、磁束斑を減少させて、ロータの回転の安定化を図ることができる。なお、従来のヨークとして一般的な材質のものを用いてもヨークを通る磁束が弱まることがなく、上記空隙の同一化に何ら支障がない。
【００１３】
また、マグネットのロータの回転方向に対する周方向幅（円弧長）及びヨークのマグネット間の磁極となる部分の同じく周方向幅（円弧長）とを略同一とすることにより、周方向に磁極が交互になる同一円弧長のマグネットを並べたのと同じになり、モータの駆動制御において何ら変わることがない。また、マグネットが希土類磁石からなることにより、小型で強力な磁力が得られるため、モータの小型化に有効である。また、４極モータとすることにより、一対のマグネットが１８０度対向する位置に配設され、両マグネットを通る線に直交する線上にヨークの一対のマグネット間となる部分が位置するため、ヨークのマグネット間となる部分を通る方向の長さを容易に短くすることができ、その方向の小型化が可能となる。
【００１４】
さらに、出力軸をロータ軸に交差させて設けたものにおいて、出力軸の延在方向をヨークの一対のマグネット間となる部分に合わせることにより、出力軸の延在方向に対するモータの薄型化が達成でき、出力軸の延在方向の先に被駆動機構が配設されるような装置において、モータとの干渉を容易に回避することができる。
【００１５】
このように、本発明によるモータはヨークの一対のマグネット間となる部分の径方向長さを短くすることができるため、例えば４極モータの場合にヨークの一対のマグネット間となる部分同士が１８０度対向して位置することになり、その方向に薄い扁平型のモータを形成することができる。そのような扁平型モータにあっては、例えば自動車のエンジンルーム内のような設置スペースが狭い所に配設するワイパモータや、自動車のドアのような厚みの薄い設置スペースに配設するパワーウィンドウモータ適用することにより、その効果が大となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す図である。図に示されるように、モータ１とギアボックス２とが互いのケーシング同士を結合させて一体化されている。
【００１７】
図示例のモータ１は、４極モータであり、ケーシングを構成する有底筒状のヨーク３と、ヨーク３内に回転自在に受容されたアーマチュアとしてのロータ４とを有する。ロータ４は、ロータ軸４ａと、ロータ軸４ａに同軸に固設された積層電磁鋼板からなるコア４ｂと、コア４ｂに巻線されたコイル４ｃとにより構成されている。ロータ軸４ａの軸線方向一端部は、有底筒状のヨーク３の底部の中央部分に軸受部材を介して回転可能に支持され、他端部はヨーク３の開口端からギアボックス２内に延出しかつ適所で軸支されている。
【００１８】
なお、ロータ軸４ａのギアボックス２側にはコンミテータ５が固設されており、コンミテータ５に摺接するブラシ６を支持するブラシホルダ７はギアボックス２のケーシングの一部により支持されている。
【００１９】
また、ロータ軸４ａのギアボックス２内に突入している端部にはウォーム８が一体的に設けられ、ギアボックス２内に設けられたホイール９とウォーム８とが噛み合わされている。ホイール９にはギアボックス２の外方に突出する出力軸１０が同軸に一体的に設けられており、出力軸１０の外方突出端部には図示されないワイパ装置のリンク機構１１の一部を構成するリンクアームと連結するためのテーパ状のセレーション部１０ａとリンクアームを固定するためのナットが螺合するねじ部１０ｂが形成されている。したがって、図示例ではロータ軸４ａと出力軸１０とは互いに直交している。
【００２０】
本発明に基づくモータ１にあっては、図２に示されるように、ヨーク３の内周面に設けられるマグネットが互いに同極同士（図示例ではＮ極）を対向させて配設された一対の弧状断面形状のマグネット１２により構成されている。図示例では４極モータのため、一対のマグネット１２は１８０度対向して配設されている。それら両マグネット１２の周方向長（ロータ４ｂの回転方向に対する長さ）は１周（３６０度）の約１／４である。
【００２１】
そして、一対のマグネット１２の周方向に対して互いに距離を空けた部分にはマグネットは配設されていず、ヨーク３のその部分（一対のマグネット１２間となる部分）がマグネット１２の磁極とは相反する磁極となる他極構成部分３ａとして設けられている。他極構成部分３ａも、マグネット１２と同様にロータ４ｂの回転外周面に沿う内周面を有しかつ周方向長が１周（３６０度）の約１／４の円弧状に形成されている。
【００２２】
なお、ヨーク３の一対のマグネット１２を取り付ける部分は外方に膨出した形状に形成されており、その膨出部分３ｂ内にマグネット１２を取り付けるようになるため、周方向に対するマグネット１２の位置決めも容易である。従来の円形ヨークの場合には周方向にマグネットが自由に移動可能になるため、ブラシとの位置関係を決めるための何らかの工夫が必要となる。それに対して、本図示例のような形状とすることによりブラシに対する位置決めは微調整のみで済むようになり、組み付け性が良い。
【００２３】
また、図示例ではヨーク３の肉厚は全周に渡って均一であり、上記他極構成部分３ａの内周面は両マグネット１２の内周面と共に同一円周上に延在するように形成されている。したがって、図示例のものにあっては、両マグネット１２及び他極構成部分３ａの内周面とロータ４ｂの回転外周面との空隙ｄは同一である。
【００２４】
このようにして構成されたモータ１にあっては、一対のマグネット１２が互いに同極同士を対向させて配設されていることから、両マグネット１２の中間点となる他極構成部分３ａの中間点（周方向に対して）に図示例ではＳ極が発生する。これにより、他極構成部分３ａがマグネット１２とは相反する磁極を構成するマグネットを設けたことと同じに作用し、４極のマグネットを配設したモータと同じ磁気回路を構成することができる。
【００２５】
図３に本発明に基づくモータ３の巻線図を示す。図３にあっては、コイル４ｃの巻線と各マグネット１２及び他極構成部分３ａとの関係を分かり易く図示するために展開図としている。図において１〜１２の数字は、説明用にコア４ｂの１２個のティース及びコンミテータ５のセグメントを示すためのものである。なお、ティースの数（１２個）についても、モータの仕様により適宜変更可能な数である。
【００２６】
このように、他極構成部分３ａがマグネット１２と同様の働きをするため、上記したようにマグネットの個数を半減できる。したがって、マグネット全体のコストを低廉化し得ると共に、マグネット１２を設けていない部分の薄型化により全体の小型化及び軽量化が可能となる。
【００２７】
４極全てにマグネットを設けたものと同等のモータ特性となりかつ不可逆減磁対策を行うためには、マグネット１２の厚みｂを全てに設けたものに対して約２倍にすることになる。そのため、マグネット使用数は半減するが、マグネット全体の重量としては変わらないことになり、マグネットのトータルコストの低減効果が薄いことが懸念される。しかしながら、Ｌａ−Ｃｏ置換フェライトマグネット１４のように固有保持力の高いマグネットを用いれば、ストロンチウムフェライトマグネットより、マグネット１４の厚みｃを薄くすることができ、図７に示すように、モータ1の左右方向の幅Ｄ、モータ部の容積を低減することができ、さらに質量やコストの低減が可能となる。
【００２８】
例えは、ワイパモータやウィンドレギュレータ用モータにおいては、ストロンチウムマグネットを用いた場合にマグネット厚（図２のｂ）が６〜１０ｍｍであったものが、Ｌａ−Ｃｏ置換フェライトマグネット１４を用いることでマグネット厚（図７のｃ）を３〜７ｍｍとすることができる。これにより、図７に示すようにモータ１の左右方向の幅Ｄも従来例とほぼ同じ寸法とすることが可能である。この際、Ｌａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットの固有保持力は、３００ｋＡ/ｍ以上であれば、更に望ましい。また、マグネットにあっては、その固有保持力が３００ｋＡ/ｍ以上となるものであればＬａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットに限られるものではなく、固有保持力が３００ｋＡ／ｍ以上となり得るマグネット材料からなるものであって良い。
【００２９】
また、希土類磁石として例えば焼結Ｎｄ磁石を用いた場合、乗用車のパワーウィンドウモータやワイパモータの標準的な大きさのものに適用する大きさに形成すると、マグネットの製造上の制約からマグネットの厚さ（ｂ）を薄くするのに限度があり、従来の４極全てにマグネットを設けた構造では必要以上の厚みのマグネットを使用することになる。
【００３０】
図示例では、ロータ軸４ａに直交する出力軸１０ａの延在方向に対するモータ１の薄型化が可能になり、比較的余裕のある図２における左右方向に対しては長くなっても問題ないため、上記マグネット１２の厚さｂが厚くなっても問題が生じない。また、４極全てにマグネットを設けるものでは無駄となっていた厚さが、本発明では約２倍の厚さにするため、厚さについて無駄になることがない。したがって、同じ例えば焼結Ｎｄ磁石を用いた場合、４極全てにマグネットを設ける従来型のモータに対してマグネットの質量を低減し得るため、希土類磁石を用いた場合の効果は大である。
【００３１】
なお、４極全てにマグネットを設けた従来型モータ２１の外形を図２に二点鎖線で示す。図２の従来型モータ２１はマグネット１２の厚さが半分の場合を示したものであり、希土類磁石を用いる場合には上記したように倍半分の関係にはならず、図の二点鎖線よりも半径方向外側に大きくなる。いずれにしても、図２に示されるように、本発明による薄型化方向の長さＬは、従来型のものよりも両側でＭずつ短くなり、全体で２Ｍの短縮化が可能となった。
【００３２】
図１に同様に従来型モータ２１を二点鎖線で示す。本発明のモータ１とワイパ装置のリンク機構１１との関係のままの場合には図に示されるように従来型モータ２１はワイパ装置のリンク機構１１と干渉してしまう。本発明によればそのような干渉を回避でき、狭い場所への設置が可能となるため、本発明によるモータ１にあっては、機器の設置スペースをできるだけ狭く設定したい自動車などの搭載機器に好適である。
【００３３】
本発明によれば、上記図示例のようにヨーク３の肉厚を全周に渡って均一にしても何ら問題がないが、より高精度な磁束の管理を必要とするようなモータを形成する場合には、マグネット１２とヨーク３の他極構成部分３ａとにおけるロータ４ｂに対する磁気特性がより高精度に同一となるように、ヨーク３の他極構成部分３ａの肉厚ｔ１を他の部分の肉厚ｔ２に対して相対的に厚くしても良い（図４参照）。
【００３４】
また、ヨーク３の肉厚は変えずに、鉄片１３などの磁性体を別途用意して貼り付けるようにしても良い（図５参照）。この場合には、モータの仕様違いに応じて厚さの異なる鉄片１３を取り替えることにより微調整が容易になり、柔軟な対応が可能である。
【００３５】
また、マグネット１２の断面形状も厚さが均一とする必要もなく、ロータ４ｂ側とは相反する側となる背面が平坦面となるように形成しても良い（図６参照）。この場合には、周方向両端部の厚さが厚く、中央部分が一番薄くなるが、磁力の低下は無視できる程度である。このようにすることにより、ヨーク３の図２における左右方向に対する突出量を低減できるため、レイアウト性がより一層向上し得る。
【００３６】
また、４極モータに限定されず、６極や８極等、磁極数が偶数個のモータに採用してもコストの低減効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかるモータは、一方向に対する薄型化が可能になり、自動車等のできるだけ幅の狭いスペースに収める要求がある場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す要部破断側面図である。
【図２】図１の矢印II−II線に沿って見た断面図である。
【図３】本発明に基づくコイルの巻線構造を示す展開図である。
【図４】ヨークの他極構成部分の他の例を示す図である。
【図５】ヨークの他極構成部分のさらに別の例を示す図である。
【図６】マグネットの他の例を示す図である。
【図７】Ｌａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットマグネットを用いた例を示す図２に対応する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  モータ
２  ギアボックス
３  ヨーク、３ａ  他極構成部分
４  ロータ、４ａ  ロータ軸、４ｂ  コア、４ｃ  コイル
１２  マグネット
１４  Ｌａ−Ｃｏ置換フェライトマグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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